第七章微生物的遺傳變異和育種

第七章微生物的遺傳變異和育種第一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一錯義突變實例——人類鐮形細(xì)胞貧血癥鏈第6位氨基酸相對應(yīng)的密碼子由GAG突變成GUG第二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一移碼突變(frame-shiftmutation)視頻第三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一移碼突變(frame-shiftmutation)某些分子能結(jié)合到DNA分子上引起移碼突變。如：溴化乙錠和吖啶類染料，分子較扁平，能夠插入到DNA雙鏈或單鏈的兩個相鄰的堿基之間，下一輪復(fù)制時起導(dǎo)插入誘變的作用；可輕微解開雙螺旋使相鄰堿基對間距擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。第四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一移碼突變(frame-shiftmutation)第五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一移碼突變第六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一移碼突變(frame-shiftmutation)在DNA復(fù)制過程中，“環(huán)出效應(yīng)”可引起移碼突變。第七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一染色體畸變?nèi)旧w畸變示意圖第八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一缺失第九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一重復(fù)第十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一易位第十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一倒位第十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一染色體畸變轉(zhuǎn)座(transposition)：DNA序列通過非同源重組的方式，從染色體某一部位轉(zhuǎn)移到同一染色體的另一部位或其它染色體上的某一部位。第十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)座因子的分類插入序列(insertionsequence,IS)轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）轉(zhuǎn)座噬菌體(transposablephage)第十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一插入序列和轉(zhuǎn)座子的比較第十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一插入序列和轉(zhuǎn)座子的比較第十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)座子攜帶piggyBac轉(zhuǎn)座子的老鼠，它們的細(xì)胞表達(dá)了紅色的熒光蛋白第十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一自發(fā)突變由微生物自身有害代謝產(chǎn)物引起由DNA復(fù)制過程中堿基配對錯誤引起由背景輻射和環(huán)境因素引起第十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)紫外線對DNA的損傷光復(fù)活作用暗修復(fù)第十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一紫外線對DNA的損傷第二十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一光復(fù)活作用及切除修復(fù)第二十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一突變與育種自發(fā)突變與育種從生產(chǎn)中育種定向培育優(yōu)良菌株誘變育種提高產(chǎn)量改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生新的生物活性物質(zhì)第二十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一突變與育種出發(fā)菌株—誘變—初篩—復(fù)篩—放大—獲得優(yōu)良變異株第二十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一誘變育種中的幾個原則1）誘變劑的選擇：簡便有效誘變劑的種類物理誘變劑化學(xué)誘變劑擬輻射物質(zhì)（radiomemeticchemical）第二十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一誘變育種中的幾個原則2）誘變劑量的選擇存活率或死亡率曲線劑量——誘變率曲線第二十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一誘變育種中的幾個原則3）出發(fā)菌株的選擇處理細(xì)胞所處的狀態(tài)：一般為單孢子懸液表型延遲（phenotypelag）：遺傳型雖已突變，但表型卻要經(jīng)染色體復(fù)制、分離和細(xì)胞的分裂后才表現(xiàn)出來

4）利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理和產(chǎn)量之間的相關(guān)指標(biāo)5）設(shè)計高效的篩選方法第二十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一3.突變株的篩選產(chǎn)量突變株的篩選抗藥性突變株的篩選營養(yǎng)缺陷型菌株的篩選第二十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一1）營養(yǎng)缺陷型突變株——幾個概念營養(yǎng)缺陷型菌株（auxotroph）野生型菌株（wildtypestrain）原養(yǎng)型（prototroph）基本培養(yǎng)基（minimummedium,MM）完全培養(yǎng)基（completemedium,CM）補(bǔ)充培養(yǎng)基（supplementedmedium,SM）第二十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一篩選營養(yǎng)缺陷型菌株的四個環(huán)節(jié)誘變淘汰野生型抗生素法菌絲過濾法檢出缺陷型鑒定缺陷型（生長譜法）夾層培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法影印平板法逐個檢出法第二十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一淘汰野生型抗生素法第三十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一淘汰野生型菌絲過濾法第三十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一基本培養(yǎng)基含菌基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基用夾層培養(yǎng)法檢出營養(yǎng)缺陷型第三十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選影印平板法第三十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選逐個檢出法第三十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一氨基酸的生長譜第三十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一氨基酸的生長譜組別氨基酸名稱（21種氨基酸）A賴精甲硫半胱亮異亮B纈精苯丙酪色組C蘇甲硫苯丙谷脯天冬D丙半胱酪谷甘絲E鳥亮色脯甘谷氨酰胺F瓜異亮組天冬絲谷氨酰胺第三十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一維生素的生長譜組別維生素名稱（15種維生素）甲VAVB1VB2VB6VB12乙VCVB1VD2VE煙酰胺丙葉酸VB2VD2膽堿泛酸鈣丁PABAVB6VE膽堿肌醇戊生物素VB12煙酰胺泛酸鈣肌醇第三十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一營養(yǎng)缺陷型菌株的應(yīng)用研究代謝途徑生產(chǎn)氨基酸或核苷酸等檢測致癌物質(zhì)——Ames試驗第三十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一研究代謝途徑粗糙鏈孢霉（Neurosporacrassa）前體鳥氨酸瓜氨酸精氨酸……鳥氨酸瓜氨酸精氨酸突變株I++-突變株II+--突變株III---第三十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛高絲氨酸O－乙酰高絲氨酸二氨吡啶二羧酸蘇氨酸O－磷酸高絲氨酸賴氨酸蛋氨酸異亮氨酸反饋抑制營養(yǎng)缺陷型菌株生產(chǎn)賴氨酸葡萄糖第四十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一艾姆氏試驗(Amestest)原理：生物的遺傳物質(zhì)是核酸。對微生物有效的誘變劑對高等動物同樣有效?；瘜W(xué)藥劑對細(xì)菌的誘變率與其對動物的致癌率成正比。但應(yīng)注意：凡致癌物質(zhì)都是誘變劑，但并非所有的誘變劑都能致癌。95％的致癌劑有誘變作用，約90％的非致癌劑就沒有誘變劑的作用。第四十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一艾姆氏試驗(Amestest)材料鼠傷寒沙門氏菌組氨酸缺陷型菌株老鼠肝臟抽提液第四十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一艾姆氏試驗(Amestest)第四十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一空白溶劑待測樣品黃曲霉素待測樣品His-菌株回復(fù)突變株艾姆氏試驗(Amestest)第四十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一艾姆氏試驗(Amestest)第四十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)基因重組和雜交育種基因重組(generecombination)或遺傳重組(geneticrecombination)兩個獨立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組的過程。第四十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一原核生物的基因重組轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)接合(conjugation,mating)原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)第四十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：受體菌直接吸收來自供體菌的DNA片段，通過交換把它整合到自己的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。分為：自然轉(zhuǎn)化人工轉(zhuǎn)化第四十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一供體菌感受態(tài)轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化子第四十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗第五十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)化過程感受態(tài)細(xì)胞吸收DNADNA摻入細(xì)胞后的整合核酸酶DNA結(jié)合蛋白自溶素第五十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)導(dǎo)通過缺陷噬菌體的媒介，將供體細(xì)胞的DNA片段攜帶入受體細(xì)胞中，通過交換和整合，使后者獲得前者的部分遺傳性狀，稱之為轉(zhuǎn)導(dǎo)子。分為：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)溶源轉(zhuǎn)變第五十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全缺陷噬菌體特點：隨機(jī)包裹轉(zhuǎn)導(dǎo)子非溶原性第五十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)第五十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)部分缺陷的溫和噬菌體特點：轉(zhuǎn)導(dǎo)的是特定基因轉(zhuǎn)導(dǎo)子為缺陷溶原性第五十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)過程第五十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的比較普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)能轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因任何基因特定基因噬菌體類型溫和或烈性溫和獲得轉(zhuǎn)化噬菌體的方式通過敏感菌的裂解通過溶源菌的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)子的區(qū)別非溶原性部分溶原性第五十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一溶源轉(zhuǎn)變（lysogenicconversion）第五十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一3、接合（conjugation，mating）供體菌（F+菌株，雄性菌株）通過性菌毛與受體菌（F-菌株，雌性菌株）直接接觸，把F質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長度的核基因組片段傳遞給后者，使后者獲得若干新的遺傳性狀。特點：兩細(xì)胞直接接觸需要性因子性因子可通過接合獲得第五十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一4種接合型菌株F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株第六十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一接合證明結(jié)合過程與轉(zhuǎn)化過程區(qū)別的U型管實驗第六十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一F+和F-的雜交第六十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一Hfr(高頻重組菌株)何謂高頻重組菌株？

A：接合的速度很高

B：將F因子轉(zhuǎn)讓給受體的速度高

C：將hfr菌株的染色體基因轉(zhuǎn)入受體的幾率高

D:受體變成F＋的幾率很高第六十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一Hfr(高頻重組菌株)整合有F質(zhì)粒的菌株能夠高效轉(zhuǎn)移染色體基因至受體菌，因此被稱為高頻重組菌株（Hfr）。第六十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一高頻重組菌株的應(yīng)用實例打斷結(jié)合過程以繪制遺傳圖譜第六十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一F’菌株第六十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一F因子的存在方式及其相互關(guān)系第六十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一4、原生質(zhì)體融合通過人工的方法，使遺傳性狀不同的兩個細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，從而獲得兼有兩親本遺傳性狀的重組子。第六十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一1）原生質(zhì)體融合方法菌體（菌絲）培養(yǎng)細(xì)胞壁的去除原生質(zhì)體的融合（再生）檢出重組子第六十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一原生質(zhì)體融合的一般方法篩選優(yōu)良融合子計算再生率第七十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一再生率的計算

原生質(zhì)體數(shù)H－原生質(zhì)體數(shù)水再生率＝——————————————

原生質(zhì)體總數(shù)（細(xì)胞計數(shù)）第七十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一原生質(zhì)體技術(shù)的優(yōu)越性去掉了細(xì)胞壁的障礙，親株基因組可直接融合、交換，并為鏈霉菌實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了條件。二親株的基因組之間可發(fā)生多次交換，得到多種類型的重組子，且參與融合的親株不限于一個，可以多至3、4個。第七十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一原生質(zhì)體技術(shù)的優(yōu)越性重組頻率高可用誘變的方法直接處理原生質(zhì)體，提高突變率。再生成細(xì)胞壁的過程常伴隨質(zhì)粒的消除，使染色體發(fā)生改變。簡單，操作方便，不需要貴重藥品。第七十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一原生質(zhì)體技術(shù)的優(yōu)越性利用再生，得到了產(chǎn)量提高的變異菌株，例如生二素鏈霉菌（Streptomyteceambofaciens）通過原生質(zhì)體再生，螺旋霉素的生產(chǎn)能力提高了三倍多。利用原生質(zhì)體融合獲得新的抗生素：Indolizomycin。多樣本的融合：泰樂菌素10個菌株原生質(zhì)體融合，使產(chǎn)量提高9倍。第七十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一二真核生物的基因重組有性雜交sexualhybridization準(zhǔn)性雜交parasexualhybridization第七十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一準(zhǔn)性雜交同種而不同菌株的體細(xì)胞間發(fā)生的融合。常見于半知菌類第七十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一準(zhǔn)性雜交過程菌絲聯(lián)結(jié)（anastomosis）形成異核體（heterocaryon）核融合（nuclearfusion）體細(xì)胞交換（somaticcrossing-over）和單倍化第七十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏第七十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一1、菌種的衰退衰退（degeneration）：菌種的特性發(fā)生了負(fù)變，如生長速度減慢，代謝產(chǎn)物合成能力下降。菌種衰退的原因：自發(fā)突變衰退的防止控制傳代次數(shù)創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件利用不易衰退的細(xì)胞傳代采用有效的菌種保藏方法第七十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一2、菌種的復(fù)壯復(fù)壯：從已衰退的群體中篩選出少數(shù)沒有退化的個體。菌種復(fù)壯的方法：純種分離法(purecultureisolation)菌落純（purecultureincolonylevel）菌株純（purecultureinstrainlevel）通過寄主體復(fù)壯第八十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一3、菌種的保藏菌種保藏的意義菌種保藏的原理：通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，缺氧狀態(tài)，干燥和低溫，使菌種處于“休眠”狀態(tài)，抑制其繁殖能力。菌種保藏的方法斜面冰箱保藏法沙土管保藏法菌絲速凍法石蠟油封存法真空冷凍干燥保藏法液氮超低溫保藏法第八十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一斜面冰箱保藏法斜面保藏是一種短期、過渡的保藏方法，用新鮮斜面接種后，置最適條件下培養(yǎng)到菌體或孢子生長豐滿后，放在4℃冰箱保存。一般保存期為三個月到六個月第八十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一沙土管保藏法適合于產(chǎn)孢子或芽孢的微生物。將斜面孢子制成孢子懸浮液接入沙土管中或?qū)⑿泵骀咦庸蜗轮苯优c沙土混合，置干燥器中用真空泵抽干，放在冰箱內(nèi)保存。一般保存期為1年左右。第八十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一菌體、菌絲速凍法對于不產(chǎn)孢子或芽孢的微生物，一般不能用沙土管保藏。為了方便可以采用甘油速凍法。由于該法的保藏溫度為-20℃，為了避免微生物受損傷致死，需要甘油作為保護(hù)劑。甘油的最終濃度為25%。第八十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一石蠟油封存法向培養(yǎng)成熟的菌種斜面上，倒入一層滅過菌的石蠟油，用量要高出斜面一厘米，然后保存在冰箱中。此法可適用于不能利用石蠟油作碳源的細(xì)菌、霉菌、酵母等微生物的保存。保存期約一年左右。第八十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一真空冷凍干燥保藏法目前常用的較理想的一種方法。在真空中使水分升華。微生物的生長和代謝都暫時停止，不易發(fā)生變異。菌種保存時間一般５年左右。需要一定的設(shè)備。第八十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期一真空冷凍干燥保藏法保護(hù)劑一般采用脫脂牛奶或血清等。保護(hù)劑的作用可能是在冷凍干燥的脫水過程中代替結(jié)合水而穩(wěn)定細(xì)胞成分(細(xì)胞膜)的構(gòu)型，防止細(xì)胞膜因為凍結(jié)而破壞。保護(hù)劑還可以起支持作用，使微生物疏松地固定在上面。第八十七頁，共九十